Tutkiva oppiminen tuntisuunnitelmissa. Ympäristö- ja luonnontiedon pedagogiikan kurssin vaikutukset opetuksen suunnitteluun

Transkriptio

1 Tutkiva oppiminen tuntisuunnitelmissa. Ympäristö- ja luonnontiedon pedagogiikan kurssin vaikutukset opetuksen suunnitteluun Jari-Pekka Kivistö Kasvatustieteen pro gradu -tutkielma Kevätlukukausi 2015 Opettajankoulutuslaitos Jyväskylän yliopisto

2 TIIVISTELMÄ Kivistö, Jari-Pekka Tutkiva oppiminen tuntisuunnitelmissa. Ympäristöja luonnontiedon pedagogiikan kurssin vaikutukset opetuksen suunnitteluun. Kasvatustieteen pro gradu tutkielma. Jyväskylän yliopisto. Opettajankoulutuslaitos. 57 sivua. Tässä tutkimuksessa selvitän, millä tavalla luokanopettajaksi opiskeleville tarjottu ympäristö- ja luonnontiedon pedagogiikan koulutusjakso vaikuttaa heidän kykyynsä suunnitella tutkivan oppimisen mukaisia oppitunteja. Tarkastelen asiaa vertailemalla opiskelijoiden laatimia tuntisuunnitelmia, joista ensimmäiset on tehty ennen ympäristö- ja luonnontiedon pedagogiikan kurssia ja toiset sen jälkeen. Tutkimukseni aineisto koostuu vuonna 2012, ympäristö- ja luonnontiedon pedagogiikan kurssin aikana laadituista tuntisuunnitelmista, jotka analysoitiin teoriaohjaavan sisällönanalyysin keinoin. Tuntisuunnitelmissa käsitellään fysiikan ainesisältöön kuuluvan nosteen käsitteen opettamista peruskoulun viidennen luokan oppilaille. Tutkimustapa on laadullinen, ja etsin muutoksia tuntisuunnittelun sisällössä aineistolle tekemäni sisällönanalyysin avulla. Tutkimukseni osoittaa, että saamansa opetuksen jälkeen opiskelijat muuttivat tuntisuunnitelmiaan niin, että tutkivan oppimisen mahdollisuudet toteutua paranevat. Koulutuksen aikana opittu tutkivan oppimisen 5E-malli on jäsentänyt opiskelijoiden näkemystä tutkivasta oppimisesta. Tutkivan oppimisen ymmärrys jää kuitenkin osittain keskeneräiseksi ja sen opettamisen kehittämistä kannattaa edelleen jatkaa. Hakusanat: tutkiva oppiminen, tuntisuunnitelma, opettajankoulutus, ympäristö- ja luonnontieto, 5E-malli, noste

3 SISÄLTÖ 1 JOHDANTO Tutkimuskysymykset Hyvästäkin koulusta löytyy kehitettävää KONSTRUKTIVISMI, TUTKIVA OPPIMINEN JA 5E-MALLI Konstruktivismi Tutkiva oppiminen E-malli osana tutkivan oppimisen perinnettä Tutkiva oppiminen aiemman tutkimuksen valossa Opettajankoulutus ja luonnontieteiden opettaminen Tutkivan oppimisen kritiikkiä KELLUMISEN JA UPPOAMISEN OPETTAMINEN AIEMMASSA TUTKIMUKSESSA Kelluminen ja uppoaminen: nosteen käsite fysiikassa Eikös se mennytkään näin Kognitiivisen konfliktin merkitys opetuksessa Arkikäsitys ja virhekäsitys: mitä ne tarkoittavat? Kellumisen ja uppoamisen opettaminen: tutkivan oppimisen tuloksia 25 4 AINEISTO JA MENETELMÄT Aineiston hankkiminen Aineiston luokittelu Tuntisuunnitelmien sisällön mukainen luokittelu Oppikirjan tekstin sisällön mukainen luokittelu Aineiston laadullinen analysointi TULOKSET... 33

4 5.1.1 Tulokset tutkivan oppimisen näkökulman muutoksina Oppikirja suunnitelmien ohjaajana YHTEENVETO POHDINTA Jatkotutkimusideoita Luotettavuus Eettinen näkökulma Tutkimuksen rajoitukset LÄHTEET LIITTEET... 54

5 1 JOHDANTO Suomalaisesta opettajankoulutuksesta ja peruskoulusta on käyty keskustelua lehdistössä ja kasvatusalan tutkijoiden keskuudessa, niin taannoisen PISA-menestyksen kuin sen laskunkin myötä. Keskeisinä kysymyksinä on ollut, miksi suomalainen koulutusjärjestelmä on ollut niin hyvä ja miten sitä tulisi kehittää. Kiinnostusta suomalaista koulutusjärjestelmää kohtaan on ollut laajalti ulkomaillakin (Esimerkiksi Rautiainen, Turun Sanomat ja Laaksola). Google-hakukoneella Suomen koulutusjärjestelmä hakusanaparilla osumia löytyy yli ja hakusanaparilla Suomen koulutusvienti noin osumaa. Aiheena suomalainen koulutus on siis varsin ajankohtainen ja paljon puhuttava. Koulutuksen laatutasosta tuntuu olevan monia mielipiteitä, kaikilla on aiheeseen sanansa sanottavana. Keskusteluissa korkean laadun selitykseksi on esitetty, että opettajaksi opiskelemaan hakeutuva ryhmä on valmiiksi taitavaa, opettajankoulutus on niin erinomaista taikka opettajan ammatillinen vapaus antaa mahdollisuuden valita sopivat opetusmenetelmät. On jopa esitetty, että opettajankoulutusta tulisi kehittää niin, että autonomiaa olisi mahdollista kasvattaa edelleen (Lapinoja 2006, 168). Viime ajoilta ei kuitenkaan ole tutkimustietoa siitä, miten opettajankoulutuksen aikana saatu pedagoginen koulutus vaikuttaa opettajaksi opiskelevien omaan epistemologiseen kehitykseen taikka epistemologisen kehityksen ohjaamisen taitoihin. Käsitteenmuodostukseen vaikuttavat erilaiset virhekäsitykset, ja niiden tunnistaminen sekä epäloogiseksi osoittaminen tiedetään tärkeäksi oppimisen kannalta. Havu-Nuutinen (2005) sekä Kawasaki, Herrenkohl ja Yeary (2004) ovat tutkineet kellumisen ja uppoamisen oppimista koulu- ja esikouluikäisillä oppilailla, mutta opettajien ja opettajaksi opiskelevien osaamisen kannalta tilanne on kutkuttavasti avoin. Ei ole juurikaan tuoretta tietoa siitä, millä tavalla tulevat opettajat omaksuvat tutkivan oppimisen opetusmenetelmiä ja millä tavalla opetustaidon kehittyminen välittyy kellumisen ja uppoamisen käsitteiden opettamiseen.

6 6 Vygotski (1982, 153) kirjoitti tieteellisen tiedon opettamisesta: Kun koulun tehtävänä on opettaa lapselle järjestelmällistä tieteellistä tietoa, olisi käytännön kannalta ensiarvoisen tärkeää ymmärtää, miten tieteelliset käsitteet kouluiässä kehittyvät. Jos opettajakoulutuksen tavoitteena on auttaa opiskelijoita tuntemaan oppimisprosessia, täytyisi prosessi kyetä jollain tavalla ymmärtämään. Tässä tutkimuksessa selvitän, minkä vuoksi tutkivan oppimisen käyttö ja sen opettaminen opettajaksi opiskeleville ovat hyvä keino tukea tieteellisen tiedon oppimista. Toivoakseni tämä opinnäytetyö osaltaan osoittaa, millä tavalla tutkivan oppimisen kouluttaminen vaikuttaa opettajaksi opiskelevien ympäristö- ja luonnontiedon tuntien suunnittelutaitoihin. 1.1 Tutkimuskysymykset Tässä tutkimuksessa selvitän, millä tavalla ympäristö- ja luonnontiedon pedagogiikan kurssille osallistuminen on vaikuttanut opettajaksi opiskelevien tekemiin tuntisuunnitelmiin. Suunnitelmien aiheena on oppitunti, jonka aikana on tarkoitus opettaa nosteen käsitettä viidennen luokan oppilaille tutkivan oppimisen keinoin. Mahdollista koulutuksen tuomaa muutosta tarkastelen kahden tutkimuskysymyksen avulla. Ensimmäinen tutkimuskysymykseni on: Millä tavalla tutkivan oppimisen näkökulma muuttuu siihen painottuvalle kurssille osallistumisen jälkeen? Tähän kysymykseen pyrin löytämään vastauksen niin, että selvitän koulutuksen vaikutusta suunnitelmiin vertaamalla opiskelijoiden ennen koulutusta tekemiä suunnitelmia heidän toisiin tuntisuunnitelmiinsa, jotka on tehty opetuksen jälkeen. Aion tässä tutkimuksessa myös selvittää, millä tavalla oppilaiden ajatukset, esimerkiksi ennakko- ja virhekäsitykset otetaan huomioon jo opetuksen suunnitteluvaiheessa. Tätä selvitän tarkastelemalla tuntisuunnitelmia ja etsimällä niistä

7 7 mainintoja oppilaiden ajatusten huomioimisesta. Toinen tutkimuskysymykseni on: Millä tavalla oppikirja vaikuttaa tuntisuunnitelmiin tutkivaan oppimiseen painottuvan kurssin jälkeen? Selvitän tätä tarkastelemalla, onko taustamateriaalina ollut oppikirja tunnin suunnittelua voimakkaasti ohjaava tekijä vai ovatko suunnitelmat täysin irrallisia kirjasta. Tätä tarkastelen havainnoimalla, millä tavalla oppikirjan aukeamaa hyödynnetään suunnitelmissa. Etsin myös suoria mainintoja oppikirjan käytöstä. Lisäksi oppikirjan voimakkaasti ohjaavaa vaikutusta voi havainnoida katsomalla, mitä yhteistä, opetettavalle aiheelle olennaista ja jopa opetussuunnitelman perusteissa määrättyä, puuttuu sekä oppikirjasta että tuntisuunnitelmista. 1.2 Hyvästäkin koulusta löytyy kehitettävää Opettajankoulutuksen tilannekatsauksessa (Mahlamäki-Kultanen ym. 2014, 6) opettajankoulutus tunnustetaan tärkeäksi osaksi suomalaisen yhteiskunnan kehittämistä. On selvää, että koulutuksen painopisteitä täytyy pohtia jatkuvasti uudelleen. Ympäristö, johon koulu lapsia kouluttaa, kehittyy heidän kouluvuosiensa aikana jatkuvasti ja koulutuksella myös muokataan tulevaisuutta. Näin ollen myöskin opettajaksi opiskelevien kyky tunnistaa muutokset ja ohjata oppilaita sen aikana, on aina olennainen osa opettajankoulutusta. Pohdinta ei ole ensimmäistä kertaa kasvatustieteilijöiden mielissä: esimerkiksi Leo Tolstoi pohti maaorjien lapsille koulutusta järjestäessään, voidaanko tietää millaisia tietoja seuraavat sukupolvet tulevat tarvitsemaan (Ripatti 2001, ). Onko siis syytä lisätä uusia sisältöjä vanhan päälle, vai miten pitäisi kehittyä? Koulutusjärjestelmää ja sen käytäntöjä on moitittu jo aikaisemmin oppimisen dekontekstualisoinnista, joten tämä tuskin on tulevaisuuteen valmentava tapa (Tynjälä 1999, 168). Jatkossa opetussuunnitelmaa pitäisi käsitellä entistäkin enemmän kokonaisuutena kuin yksittäisten aineiden kautta (Vitikka, Salminen & Annevirta 2014, 40 41). Myös vasta tehdyn opetussuunnitelman perusteiden

8 8 uudistuksen ideana on kokonaisuuksien parempi käsittely, osallistavaa oppimista lisäämällä (Opetushallitus 2014, 17). Vaikka tutkivaa oppimista on kehuttu ja pyritty lisäämään, on myös sen mahdollisista ongelmakohdista viime aikoina saatu muistutuksia. Derek Hodson esittää, että heikosti suunniteltu ja sen vuoksi hajanainen, vaikkakin toiminnallinen luonnontieteiden opetus voi jopa tehdä hallaa oppilaiden halulle opiskella luonnontieteitä. Olisi siis tärkeä tiedostaa, mitä ollaan opettamassa ja valita oikeat menetelmät ja painopisteet sen mukaan. (Hodson 2014). Saman huomion ovat tehneet myös Markku Käpylä, Jussi-Pekka Heikkinen ja Tuula Asunta (2009), jotka tarjoavat yhdeksi ratkaisuksi, että opettajaksi opiskeleville opetetaan käytännön työskentelyyn sopivia, tutkivan oppimisen työmenetelmiä. Tarve luonnonilmiöiden ymmärtämiseen käytännön työskentelyn kautta on ilmeinen. Ainakaan nykyinen koulutus ei tunnu aina tehoavan, vaikka arvosanojen puolesta näin voisi olettaa. Tällaiseen johtopäätökseen on helppo päätyä myös Ilkka Ratisen (2008) tutkimuksen pohjalta. Hän havaitsi, että esimerkiksi luokanopettajaopiskelijat, jotka olivat lukiossa menestyneet hyvin luonnontieteiden kursseilla, eivät kuitenkaan olleet ymmärtäneet kasvihuoneilmiötä ja sitä myötä ilmastonmuutoksen syitä syvällisesti. Ratinen esittää, että ilmastonmuutoksen ja kasvihuoneilmiön kaltaisia, monisyisiä ja monitieteisiä ilmiöitä olisi järkevä opettaa maantieteen, kemia ja fysiikan sisältöjä yhdistelevillä kursseilla. (Ratinen 2008, 241.) Yhdistetyillä lukiokursseilla käytettävissä oleva aika lisääntyisi ja luonnonilmiöiden käsittelyn näkökulmat monipuolistuisivat. Itse kuitenkin epäilen, että sekään ei välttämättä riitä tilanteen korjaamiseen. Ellei perusopetuksen tasolla muuteta toimintatapoja, jääkö lukiotason opetuksen rooliksi vain virhekäsitysten oikominen? Jos itse tehdyt havainnot ja sitä kautta tehdyt huomiot luonnonilmiöistä puuttuvat kokonaan, on vaarana, että vakuuttavasti, mutta tieteelliseltä perustaltaan väärin argumentoitu teoria voi korvata aiemman virhekäsityksen. Vosniadou, Skopeliti ja Ikospentaki havaitsivat, että vaikka oppilaat osaavat vastata Maan muotoa koskeviin kysymyksiin oikein, ei aina tarkoittanut sitä, että he

9 9 olisivat ymmärtäneet asian syvällisesti tai osanneet antaa selitystä ilmiölle. Lisäksi valmiiden vastausten tarjoaminen jopa esti oppilaita muodostamasta kokonaiskäsitystä opetetuista ilmiöistä. (Vosniadou, Skopeliti & Ikospentaki 2004, 221). Jos opetus ei anna mahdollisuuksia oivallukseen ja ymmärrykseen, ei synny myöskään mahdollisuutta kyseenalaistaa vailla tieteellistä perustaa olevia väitteitä. Esimerkki uskottavasti perustellusta mallista löytyy helposti vaikkapa ilmastoskeptismistä, jolla tarkoitetaan pyrkimyksiä vähätellä ihmisen aiheuttamia ilmastonmuutoksen vaikutuksia (Cook 2010). Kuinka monella peruskoulun päättötodistuksen saaneella on valmiuksia arvioida Cookin esittämien todisteiden paikkansa pitävyyttä taikka ilmastoskeptikkojen väitteitä, joita hän kritisoi? Keskustelua ilmaston lämpenemisen todisteista on vaikea arvioida, ellei ymmärrä ilmiön perusteita. (Cook 2010, 4.) Onko taustalla ymmärtämättömyys ilmastonmuutoksen todellisista syistä, vaiko järjestelmällisestä työstä tieteellisen tutkimuksen tulosten vähättelemiseksi? Olipa kummin päin vain, koulujärjestelmän olisi tärkeä kyetä vastaamaan tiedeskeptismin kaltaisten ilmiöiden aiheuttamiin haasteisiin. Kouluaikana muodostettu käsitys tieteellisen tutkimuksen etenemisestä, käytännön tuntuma luonnonilmiöistä sekä mahdollisuus verrata esitettyjä ajatuksia omiin käsityksiin, antavat hyviä keinoja arvioida myös vaikuttamispyrkimyksiä sisältäviä tutkimuksia ja tiedotusta.

10 10 2 KONSTRUKTIVISMI, TUTKIVA OPPIMINEN JA 5E-MALLI Tässä kappaleessa esittelen, millä tavalla 5E-malli rakentuu konstruktivismin ja tutkivan oppimisen luomalle pohjalle. Ensiksi esittelen konstruktivismin, jolle tutkiva oppiminen perustuu ja 5E-malli taas on osa tutkivan oppimisen perinnettä. Koska konstruktivismi on laajin yläkäsite, määrittelen siihen liittyviä alakohtia lähemmin myös tutkivan oppimisen ja 5E-mallin yhteydessä. 2.1 Konstruktivismi Konstruktivistiseen tiedonkäsitykseen lukeutuu erilaisia koulukuntia. Tynjälä kiteyttää konstruktivismin eri painotuksien (esimerkiksi radikaali tai kognitiivinen konstruktivismi, sosiaalinen konstruktivismi ja konstruktionismi) yhteneväisyydet näin (Tynjälä 1999, 163). Oppimisessa ei tällöin ole kysymys passiivisesta tiedon vastaanottamisesta niin kuin arkiajattelussamme helposti oletamme, vaan oppiminen nähdään oppijan aktiivisena kognitiivisena ja/tai sosiaalisena toimintana, jossa hän jatkuvasti rakentaa kuvaansa maailmasta ja sen ilmiöstä tulkiten uutta informaatiota aikaisempien tietojensa, käsitystensä ja uskomustensa pohjalta ja osallistuen sosiaalisten yhteisöjen toimintaan. Konstruktivistinen pedagogiikka painottaa näin ollen oppijan aktiivista roolia ja sosiaalisen vuorovaikutuksen merkitystä oppimisessa. Tynjälä kirjoittaa konstruktivistiseen tiedonkäsitykseen kuuluvan, että tiedon ajatellaan rakentuvan yhteistyössä toisten kanssa toimiessa, kielen ja käsitteiden avulla. Tietoa ei silloin pidetä täsmällisesti määriteltävänä ja aina samanlaisena eli objektiivisena, vaan jokaisen tulkitsijan omat esitiedot ja ajatukset vaikuttavat opiskelemalla hankittuun tietoon. (Tynjälä 1999, ) Konstruktivismiin liittyviä käsitteitä ovat myöskin lähikehityksen vyöhyke (Vygotski 1982, ), oppijoiden yhteisö tai yhteisöllinen oppiminen sekä scaffolding, eli ohjattu oppiminen. Tärkeää on myös tuoda omat uskomukset ja käsitykset kriittisen reflektion kohteiksi ja tulla tietoiseksi itselle piiloon jääneistä käsityksistä, uskomuksista ja toimintatavoista, jotka kuitenkin vaikuttavat toimintaamme ja oppimiseemme.

11 11 Yksi kriittisen reflektion mahdollistava lähestymistapa opetukseen on tutkiva oppiminen. (Tynjälä 1999, 167.) Tynjälän osuus kyseisessä teoksessa (Tynjälä 1999) käsittelee sitä, kuinka koulutuksessa voi rakentaa asiantuntijuuden edellytyksiä. Asiantuntijaksi ei tarvitse tai voi tulla heti, mutta Tynjälän näkökulma on, että konstruktivistisen oppimiskäsityksen keinoin koulutuksessa voidaan rakentaa edellytyksiä asiantuntijaksi kehittymiselle. 2.2 Tutkiva oppiminen Hakkarainen, Bollström-Huttunen, Pyysalo ja Lonka kertovat, että tutkiva oppiminen edustaa uutta luovaa oppimista. Se siis luo uutta tietoa oppijalle. He jatkavat: Vaikka tutkiva oppiminen ei loisi uutta tietoa (historiallisesti uusia ideoita ja käsityksiä), se saattaa merkittävästi syventää oppimisyhteisön jaettua tietämystä opiskeltavana olevista asioista. He myös painottavat erikseen mainiten ammattitaitoisen opettajan tarjoamaa asiantuntevaa ohjausta. (Hakkarainen, Bollström-Huttunen, Pyysalo & Lonka 2004, 16.) Ammattitaitoisen ohjaamisen kannalta katsottuna Heather Banchi ja Randy Bell kehittävät tutkivan oppimisen mallia eteenpäin. He määrittelevät neljä tasoa, joiden avulla voi kuvailla sitä, kuinka itsenäisesti oppilaat itse ohjaavat oppimistaan. Tasot ovat nimeltään varmistava tutkimus, strukturoitu tutkimus, ohjattu tutkimus ja avoin tutkimus. (Banchi & Bell 2008, ) He myös esittävät taulukon, jossa selittävät, miten kullakin tasolla toimitaan ja mitä tietoa oppilaille eri tasoilla annetaan valmiina (taulukko 1). Taitojen kehittyessä oppilaille voi antaa yhä enemmän vastuuta ja valinnan vapautta omien tutkimusten suunnitteluun. Ensiksi oppilaiden täytyy kuitenkin oppia tutkivan työtavan perusteet ja niitä voi harjoitella pala kerrallaan.

12 12 TAULUKKO 1. Tutkimuksen neljä tasoa ja annetut lähtökohdat kullakin tasolla Oppilaille annetut tiedot Tutkimuksen taso 1) Varmistava tutkimus: Oppilaat varmistavat perusolettaman, kun tulokset ovat etukäteen tiedossa Kysymys Toimintatapa Ratkaisu X X X 2) Strukturoitu tutkimus: Oppilaat tutkivat opettajan esittämän kysymyksen, heille kuvaillulla toimintatavalla. 3) Ohjattu tutkimus: Oppilaat tutkivat opettajan esittämän kysymyksen, käyttäen itse kehittämiään tai valitsemiaan toimintatapoja. 4) Avoin tutkimus: Oppilaat toteuttavat tutkimuksen itse muodostamiaan tutkimuskysymyksiä käyttäen, itse kehittämillään tai valitsemillaan toimintatavoilla. X X X Taulukko Banchi ja Bell (2008, 27) mukaisesti. Linn, Davis ja Bell (2004) puolestaan määrittelevät tutkivaa opettamista (inquiry instruction). Tutkivan opettamisen he kuvailevat tavoitteelliseksi prosessiksi, jonka aikana oppilaat sitoutetaan ongelmien määrittämiseen, testien kritisoimiseen, vaihtoehtojen erittelyyn, tutkimusten suunnittelemiseen, olettamusten tutkintaan, tiedonhakuun, vertaisryhmän kanssa väittelemiseen, tiedon hankintaan asiantuntijoilta ja johdonmukaisten argumenttien muodostamiseen (Linn, Davis & Bell 2004, xvi). Heidän lyhyt mutta sisältörikas listansa, käy hyvin yksiin Hakkaraisen ym. (2004, 30 31) esittelemän tutkivan oppimisen tarkentuvan prosessin kanssa. Myös Hakkaraisen ym. esittelemät tutkivan oppimisen osat (kuvio 1) havainnollistavat, kuinka tutkiva oppiminen etenee jatkuvasti syvenevänä prosessina.

13 13 KUVIO 1. Tutkivan oppimisen osat (Hakkarainen ym. 2004, 30) Hakkaraisen ym. kuvailemana tutkivan oppimisen alati tarkentuva prosessi etenee näin. Lähtökohtana tutkivalle oppimiselle on jokin aihepiiri, jonka ympärille opettaja oppilaiden kanssa alkaa rakentaa kysymyksiä ja erilaisia intuitiivisestikin muodostuvia työskentelyteorioita. Pääosassa on oppilaiden oma ideointi, ei siis valmiit tieteen teoriat taikka työskentelymallit. Kun ideointivaiheen tuotoksia sitten yhdessä arvioidaan, saadaan jatkon kannalta tärkeitä suuntaviivoja siitä, millaista lisätietoa ideoiden tarkastelemiseksi on hankittava. Tieto voi olla peräisin omista testeistä, kirjoista taikka asiantuntijoilta. Sen funktiona on olla apuna, kun muodostetaan uusia tutkimuskysymyksiä ja uusia työskentelyteorioita, joiden avulla päästään taas aiheessa syvemmälle, yhä tarkempiin uusiin tutkimuskysymyksiin ja työskentelyteorioihin. Tämä työskentely rakentuu oppimisyhteisössä, eli vuorovaikutuksessa koko ryhmän ja opettajan kesken. (Hakkarainen ym. 2004, ) Toisin sanoen oppimisyhteisössä hankittu tieto ja sen pohjalta uudelleen muodostetut tutkimuskysymykset auttavat havaitsemaan uusia, tutkimuksen avulla tarkemmin selvitettäviä ongelmia. Kirjoittajat myös mainitsevat, että tutkivassa oppimisessa korostetaan oppijoiden aktiivisuutta ja yhteistyötä. Ne ovat

14 14 olennaisia suuntaamaan tutkimusta, erityisesti tavoitteiden asettelua, kyselemistä, asioiden selittämistä ja saavutetun tietämyksen itsearviointia: siis sen arviointia, mitä täytyy vielä selvittää ja mitä tiedetään jo valmiiksi. (Hakkarainen ym. 2004, ) Minner, Levy ja Century (2009) määrittelevät tutkivaa oppimista samaan tapaan. Heidän mukaansa Piaget n, Vygotskin ja Ausubelin ajatukset oppimisesta sekoittuivat konstruktivistiseen tiedonkäsitykseen, ja yhdistelmää alettiin taas soveltaa opetusmateriaalin suunnitteluun. Tällaiset konstruktivismiin perustuvat oppimateriaalit yhdistetään Minnerin ym. mukaan käsitteeseen tutkimusperustainen (inquiry-based). Oppimateriaaleihin taas sisällytetään erilaisia toiminnallisia osuuksia, joiden avulla oppilaat sitoutuvat tieteellisten käsitteiden oppimiseen, konkreettisen toiminnan kautta. (Minner, Levy & Century 2009, 2.) He myös esittelevät oppijan näkökulmasta olennaiset, luokkahuoneessa tapahtuvan tutkimuksen osat. National Research Council:n määrittelemänä ne ovat (Minner ym. 2009, 3): 1. Oppijat sitoutetaan tieteellisesti suuntautuneilla kysymyksillä. 2. Oppijat antavat etusijan näytölle, mikä mahdollistaa tieteellisesti painottuneiden kysymysten kehittelyn ja selittämisen. 3. Oppijat muotoilevat näytön pohjalta selityksiä painottaakseen tieteellisesti suuntautuneita kysymyksiä. 4. Oppijat arvioivat selityksiään erityisesti niiden vaihtoehtoisten selitysten valossa, jotka osoittavat tieteellistä ymmärrystä. 5. Oppijat keskustelevat ja perustelevat esittämiään selityksiä. Tutkivan oppimisen mallia hyödynnetään paljon ja sen pohjalta on kehitetty erilaisia malleja. Yksi niistä on 5E-malli E-malli osana tutkivan oppimisen perinnettä Eräs käytössä olevista tutkivaa oppimista hyödyntävä, luonnontieteiden opetuksen suunnittelun ja toteuttamisen tueksi kehitetty rakenne on 5E-malli (Bybee

15 15 ym. 2006, 8-10). Malli kuvaa tutkivan oppimisen menetelmiä viitenä eri vaiheena, jotka liittyvät saumattomasti toisiinsa ja seuraavat toisiaan yhä uudelleen, jatkuvasti tarkentuen. Kuviossa 2 esitän asian yksinkertaisen kuvan avulla. KUVIO 2. Tutkivan oppimisen 5E-mallin vaiheet Coen kiteyttämänä 5E-mallin (kuvio 2) vaiheet kuvaillaan näin. 5E-mallin ensimmäinen vaihe, motivointi tai sitouttamien, tarkoittaa esinettä, tapahtumaa tai kysymystä, jonka avulla oppilaat motivoidaan pohtimaan aihepiiriä, johon aletaan tutustua. Silloin yhdessä pohditaan, mitä oppilaat jo etukäteen aiheesta tietävät ja voivat itse tehdä. Toisessa vaiheessa oppijat tutkivat aiheeseen liittyviä esineitä ja tapahtumia, ja he saavat tarvittaessa ohjausta opettajalta. Kolmas vaihe, selittäminen liittyy siihen, että oppilaat kertovat, miten ovat ymmärtäneet käsitteet ja ilmiön tai tutkittavan prosessin. Uusia käsitteitä ja työtaitoja esitellään oppilaille samalla, kun käsitteiden selvyyttä ja niiden välisiä yhteyksiä etsitään. Neljäs

16 16 vaihe on soveltaminen, jonka aikana oppilaat saavat mahdollisuuden lisätä käsitteitä aihepiiriin sekä kehittää ja laajentaa ymmärrystään ja työtaitojaan toiminnallisten kokeilujen kautta. Viides ja viimeinen vaihe on arviointi, jonka aikana oppilaat arvioivat tietojaan, työtaitojaan ja osaamistaan. Työskentelyä tarkkailemalla opettaja voi arvioida oppilaiden edistymistä sekä oppitunnin vaikuttavuutta. (Bybee ym työn pohjalta Coe 2001.) Viidennen vaiheen jälkeen tutkittava aihe on tarkentunut niin, että hankittu tieto voidaan suunnata uuden viiden E:n prosessin kautta tarkasteltavaksi. Uuden prosessointikierroksen alkukohta valitaan sen mukaan, kuinka edellinen prosessi on edennyt ja mitä tarkennusta tutkimusprosessissa on ilmennyt. 5E-mallin avulla käsiteltävä aihe pyritään esittelemään ja opiskeleman niin kokonaisvaltaisesti, että opitaan uutta ja opittua voidaan soveltaa uusissakin yhteyksissä. Malli on osa tutkivan oppimisen perinnettä ja se on kehitetty yhdysvaltalaisen BSCS-opetussuunnitelmatutkimuksen projektissa 1980-luvulla. Www-sivullaan projektilaiset kertovat, että heidän työnsä pohjautuu Ausubelin ja Vygotskin käsityksiin oppimisesta ja opettamisesta (BSCS-projekti.) BSCS-projektin sivuilla menetelmän olennaisina osina mainitaan oppilaiden ennakkotiedot opetettavasta aiheesta sekä oppilaiden vuorovaikutus opetuksen osana. Projekti siis ponnistaa konstruktivismin peruskäsitteistä: tiedon rakentumisesta vuorovaikutuksessa ja lähikehityksen vyöhykkeestä. Lisäksi tutkijat mainitsevat artikkelissaan omaksuneensa Herbartilta, Deweyltä, Atkinilta ja Karplusilta osia heidän opetusmalleistaan. Näitä aiemmin esiteltyjä malleja ja opetusfilosofioita he ovat yhdistelleet ja kehittäneet eteenpäin rakentaessaan 5Emallia. (Bybee ym. 2006, 4 ja 13.) 5E-mallista kerron lisää vielä aineiston ja menetelmien yhteydessä. 2.4 Tutkiva oppiminen aiemman tutkimuksen valossa Miten opetusta ja kokeellisia tunteja sitten pitäisi suunnitella, että tutkimuksen tekemisen taitojen lisäksi opittaisiin myös aiheena oleva ilmiö? Furtak, Seidel,

17 17 Iverson ja Briggs (2012) mainitsevat, että parhaita tuloksia näyttäisi syntyvän silloin, kun oppilaat saadaan sitoutettua keksimään, kehittämään ja arvioimaan selityksiä, osana muita luonnontieteiden opiskelun aktiviteetteja (Furtak, Seidel, Iverson & Briggs 2012, 323). Oppilaille räätälöidyistä ryhmistä on myös apua opetuksen tulosten kannalta. Rozenszayn ja Assaraf (2009) esittävät, että kaikki oppilaat hyötyvät eniten, jos ryhmät ovat kyllin heterogeenisiä. Silloin ryhmän sisäiset keskustelut lisäävät kaikkien osaamista ja osallistumista. Edistyneemmät oppilaat hyötyvät, kun joutuvat perustelemaan ajatuksensa niin, että vähemmän osaavat ymmärtävät heidän ideansa; vähemmän edistyneet hyötyvät, kun saavat osallistua edistyneempien keskusteluun (Rozenszayn & Assaraf 2009, 140). Edistyneitä ja aloittelevia oppilaita ei siis heidän tulostensa mukaan kannata missään nimessä opettaa erillisissä ryhmissä. Toisaalta taas tietoa rakentavat koskevat keskustelut käytiin lähinnä silloin, kun oppilaiden opiskelutaidot olivat riittävän lähellä toisiaan eivätkä erot asiaosaamisessa olleet liian suuria (Rozenszayn & Assaraf 2009, ). Heidän havaintonsa siis olivat Vygotskin lähikehityksen vyöhykkeen suuntaiset (Vygotski 1982, ). Rozenszayn ja Assaraf toteavat, että opettajalla on tärkeä rooli toimia arki- tai virhekäsitysten (misconceptions) oikaisijana. Myös aktiivinen toimiminen opiskelijoiden ohjaajana mainittiin. Oppilasryhmässä, joissa opiskelijoilla oli erilaiset oppimisvalmiudet ja myös vaihtelevat kenttätyöskentelytaidot, tämä on erityisen tärkeää. He muistuttavatkin, että opettajien tulisi ottaa huomioon erilaiset lähtökohdat ja osaamistasot, kun nämä jakavat tutkimuskurssien tehtävänantoja. (Rozenszayn & Assaraf 2009, 140). Hekin siis kiinnittävät huomiota suunnitteluun ja kyllin tarkkaan ohjaukseen, kun opiskelu on tutkimuksen tekoa. Ohjauksen merkitystä siis korostetaan, vaikka tutkimukseen osallistujat ovat olleet lukioikäisiä opiskelijoita, joiden työskentelytaidot ovat jo kehittyneempiä, kuin peruskouluikäisillä. Tai ainakin heillä on ollut useampi vuosi aikaa taitojaan kehittää.

18 Opettajankoulutus ja luonnontieteiden opettaminen Käpylä ym. (2009) kirjoittavat, että opettajan pedagoginen sisältötieto on tärkeä osa ammatillista osaamista. Myös ainekohtainen sisältötieto on välttämätöntä, että opettajan pedagoginen sisältöosaaminen voi kehittyä. (Käpylä, Heikkinen & Asunta 2009, 1397). Ilman tarpeeksi hyvää ainekohtaista tietoa opettaja ei voi tunnistaa oppilaiden virhekäsityksiä. Syynä tähän on, että opettajan oma arkiajattelu tai virhekäsitykset haittaavat opetettavan ilmiön tieteellistä ymmärtämistä. (Käpylä ym. 2009, 1407). Opettaja ei siis ymmärrä, että oppilaan käsitykset aiheesta ovat puutteellisia tai jopa tyystin virheellisiä, koska hän ei itse ole ymmärtänyt opetettavana olevaa asiaa kyllin perusteellisesti. Käpylä ym. myös esittävät suoraan, että joitain pedagogisen sisältöosaamisen osia, kuten opetukseen sopivia kokeita ja demonstraatioita, on syytä opettaa opettajaopiskelijoille koulutuksen aikana. He nimittäin huomasivat, että näitä taitoja ei tullut opiskelijoille itsestään, ei hyvän ainekohtaisen sisältöosaamisen eikä pedagogisen sisältöosaamisen kautta. (Käpylä ym. 2009, 1408). Käpylän ym. mielestä opettajaksi opiskeleville pitäisikin koulutuksessa esitellä opetusmenetelmiä, jotka sisältävät selvän rakenteen lisäksi myös opettavaan aiheeseen liittyvää erityistä osaamista. Heidän tutkimuksensa osoitti, että luokanopettajaksi opiskelevilla vaikeudet oppitunnin suunnitteluvaiheessa johtuivat useimmiten heikosta sisältöosaamisesta. Aineenopettajaksi opiskelevilla ongelmat aiheutuivat heikosta oppilaiden osaamistason tuntemuksesta. (Käpylä ym. 2009, ) Tutkijat esittävät näihin ongelmiin ratkaisuksi, että opettajankoulutuksen osana tarjotaan tutkivan oppimisen kursseja, joiden erityisenä sisältönä on kokeiden toteuttaminen ainekohtaisesti painottaen. (Käpylä ym. 2009, 1411.) Banchi ja Bell (2008, 26) esittävät mallissaan ajatuksen siitä, että oppilaita ei voi jättää yksin pohtimaan koko tutkivaa työtapaa, vaan myös työmenetelmäosaamista täytyy rakentaa pala palalta (taulukko 1). Saman asian hieman eri sanoin ja perustellummin kertovat Furtak ym. (2012). Tekemässään laaja-aineistoisessa metatutkimuksessa he huomasivat, että opettajajohtoisesti toteutetut tutkivan oppimisen tunnit vaikuttavat huomattavasti enemmän oppimistuloksiin,

19 19 kuin tutkivan oppimisen tunnit, jotka ovat oppilaiden johdolla toteutettuja. (Furtak ym. 2012, ) Opettajilla on siis edelleen paikkansa luokassa taikka ainakin sen lähistöllä, vaikka oppilaat itse osallistuisivatkin aktiivisesti oppimisensa järjestämiseen. Jos opettaja toimii osana oppijoiden yhteisöä, toimii hänen ammattitaitonsa ja tutkimusosaamisensa koko ryhmän yhteisenä resurssina. Opettajan hyvin suunnitteleman opetuksen ja oppimisympäristön ansiosta oppilaiden huomio ohjautuu niihin ilmiöihin ja käsitteisiin, joiden kautta oppilaat voivat hankkia tietoja laajemmista kokonaisuuksista. Tämän vuoksi on tärkeää kiinnittää huomiota siihen, mikä tuntien ja kurssien suunnittelussa voi mennä pieleen. 2.6 Tutkivan oppimisen kritiikkiä Kaikkea laboratorio- tai tutkimustyöskentelyä ei kuitenkaan voida pitää luonnontieteiden opiskeluna. Derek Hodson (2014) esittää kritiikkiä tutkivan oppimisen vallitsevia käytäntöjä kohtaan. Hänen mielestään liian avoimet tehtävänannot ja liian useat samanaikaiset tuntitavoitteet vaikeuttavat tieteellisen työskentelyn avulla oppimista (Hodson 2014, 2550). Hän esittää, että luonnontieteellisten aineiden oppimistavoitteet pitäisi suunnata tieteen oppimiseen (Learning science), tieteestä oppimiseen (Learning about science), tieteen tekemiseen (Doing science) ja tieteen sosiaalisten ulottuvuuksien osoittamiseen (Addressing socio-scientific issues) (Hodson 2014, 2537). Näihin teemoihin keskittyminen, niiden opiskeluun erityisesti suunnatuilla painotuksilla, parantaisi Hodsonin mukaan luonnontieteiden opetuksen tasoa. Hänen ajatuksenaan on, että liiallinen toiminnallisten tutkimusten ja kokeiden painottaminen saattavat hämärtää oppilaiden käsitystä siitä, mikä on opiskeltava asiasisältö. Tämä toiminta ilman tarkoitusta taas huonontaa asennetta tieteen opiskelua kohtaan. (Hodson 2014, 2538.) Toiminnalliset tutkimukset kannattaisi Hodsonin mielestä toteuttaa niin, että niiden avulla syvennettäisiin tiettyjen, tarkasti valikoitujen ilmiöiden ym-

20 20 märrystä, esimerkiksi silloin, kun teoreettinen viitekehys on jo opittu ja sitä halutaan testata (Hodson 2014, 2539). Hänen kritiikkinsä näyttää loppujen lopuksi kohdistuvan huonoon opetuksen suunnitteluun ja heikkoon tavoitteen asetteluun. Hän myöntää, että osallistumalla tieteen opiskeluun voidaan saavuttaa useita tavoitteita samanaikaisesti ja lopuksi hän itsekin toteaa, että Thus, doing science involves learning science and learning about science. (Hodson 2014, 2551.) Hodson jatkaa, että tieteen prosessien opiskelu ilman keskusteluja, pohdintoja sekä osallisuutta, ei herätä kysymyksiä, joiden avulla tutkimuksellinen ajatteluprosessi kehittyisi (Hodson 2014, ). Hodsonin näkemyksen mukaan tällainen kokonaisvaltainen tieteellisen ajattelun opettamisen taito puuttuu useilta opettajilta ja opiskelijoilta, jotka ovat ryhtymässä opettajaksi. Siksi oppilaiden sitoutuminen luonnontieteiden taitojen opiskeluun jää heikoksi. Hodson päättääkin kritiikkinsä siihen, että opettajille täytyisi pystyä tarjoamaan enemmän taitoja, joiden avulla he voivat opettaa paremmin aidon tieteellisen työtavan mukaisesti. (Hodson 2014, 2552.) Kohdistuuko Hodsonin kritiikki luonnontieteiden opiskelun menetelmiä ja tavoitteiden määrittelyä enemmän huonoihin opettajiin ja heikkoon opettajankoulutukseen, vai onko se enemmänkin muistuttelua siitä, että opiskelun tulee edetä ohjatusti ja pala kerrallaan, kuten Banchi ja Bell (2008, 27) esittävät? Myös Käpylä ym. kirjoittivat, että luokanopettajaopiskelijoilla tuntisuunnittelun ongelmista suurimpana oli sisältöosaaminen. Aineenopettajaksi opiskelevat taas kaipasivat ainekohtaisia opetustaitoja. (Käpylä ym. 2009, 1409.) Opettajaksi opiskelevat ovat vastauksien perusteella Käpylän ym. haastattelussa olleet tietoisia siitä, että heillä on puutteelliset opetusvalmiudet. Opettajankoulutusta koskevassa tutkimuksessa asia on jo aiemmin huomioitu, joten kyse lienee siitä, että Hodson pyrkii nostamaan esille näkökulman, että kaikkia asioita ei voi opettaa yhdellä tunnilla. Tutkiva oppiminen on tehokas keino siirtää opiskelu lähemmäs sellaisia yhteyksiä, joissa opittavia tietoja koulun ulkopuolellakin tullaan soveltamaan. Tynjälä huomauttaa, että koulutuksen käytäntöjä on kritisoitu